4.7K
Великие научные открытия зачастую порождают больше вопросов, чем ответов. Спустя всего несколько дней после объявления о том, что удалось зафиксировать гравитационное волны, испускаемые в процессе слияния двух черных дыр, астрофизики задались вопросом: что это значит для нашего понимания формирования звезд? Новые исследования уже публикуются, и в скором времени всевозможных идей будет еще больше.
Одной из самых удивительных находок, сопутствующих открытию гравитационных волн, являются две черные дыры огромных размеров, участвующие в слиянии. Они бросают вызов нашему пониманию того, как они формируются. Так как же мы можем узнать о них больше? Одним из способов является их непосредственное обнаружение на небе для последующего изучения обычными телескопами.
Обсерватория LIGO, обнаружившая гравитационные волны, является так называемым лазерным интерферометром. По ее оценкам, масса столкнувшихся черных дыр составляла 36 и 29 солнечных. Эти расчеты были сделаны на основании частоты гравитационных волн. Но что такого необычного в этих массах?
Черные дыры образуются после взрывов сверхновых, которые могут производиться только массивными звездами. Массы черных дыр могут быть измерены с помощью изучения скорости звезд, вращающихся вокруг них. Наиболее массивная черная дыра в двойной системе (черной дыры и звезды-компаньона, обращающиеся вокруг общего центра) в нашей Галактике составляет около 10-20 масс Солнца.
Самые большие звезды рождаются с массой около 100 солнечных и заканчивают свою жизнь на отметке всего 10 масс Солнца из-за звездных ветров, сдувающих материал в космос. Это означает, что они не в состоянии производить огромные черные дыры, которые были обнаружены LIGO. Но на данный момент есть большая неопределенность, как скорость потери массы зависит от скорости вращения звезды, наличия звезды-компаньона и химического состава светила.
Так как же черные дыры, обнаруженные LIGO, могли быть такими массивными? Новое исследование предполагает, что они обе произошли от разрушившихся массивных звезд, имеющих отличный химический состав от звезд в нашей Галактике. Они должны были обладать высоким содержанием тяжелых химических элементов, таких как кислород, натрий, магний, кремний, сера и железо, и родиться в небольшой галактике с очень низким содержанием металлов (под металлами в астрономии подразумеваются все элементы тяжелее бора). Исходя из атомной физики, звезды с низкой металличностью теряют меньше массы за свою жизнь и в конечном итоге образуют крупные черные дыры.
Команда LIGO указало предположительное направление на небе, где произошло слияние. Однако поиск на площади в 500 квадратных градусов (2000 полных лун) очень затруднителен. Астрономы пытались найти источник гравитационных волн, направив оптические, инфракрасные, рентгеновские и радиотелескопы в эту область, но это оказалось нелегко. По расчетам ученых, слияние черных дыр не производит значительного электромагнитного излучения, такого как видимый свет или рентгеновские лучи. Космический гамма-телескоп «Fermi» зафиксировал некое гамма-излучение, которое длились всего секунду и появилось спустя 0,4 секунды после фиксации LIGO гравитационных волн. Однако нет 100% уверенности, что эти два события связаны, так как «Fermi» не смог определить, из какого участка неба пришли эти гамма-лучи. Действительно существуют теории, которые предполагают, что слияние двух массивных черных дыр должно производить мощное гама-излучение, если они сформировались и столкнулись определенным образом, поэтому следующим шагом ученых будут поиски высокоэнергетических выбросов, совпадающих по времени с фиксацией гравитационных волн.
Астрономы с помощью системы телескопов панорамного обзора и быстрого реагирования исследовали обозначенный группой LIGO участок неба и нашли 56 источников оптического излучения, но ни один их них не удалось связать с зафиксированным недавно событием. Это не удивительно, трудно охватить такие большие территории и миллиарды галактик. Одной из идей является выбрать галактики, используя каталоги, и сосредоточиться на их изучении. Однако, если эти массивные черные дыры родились из обедненных металлом звезд, то их родительские галактики будут небольшими, а их слишком много во Вселенной, и многие из них слишком слабые, чтобы быть хорошо изученными.
Это безусловно будет нелегко, но очевидно, что ученые будут искать тщательнее, чем когда-либо. Самые мощные телескопы на Земле и в космосе объявили охоту. Путешествие только начинается, и открытие LIGO является по-настоящему вдохновляющим!